摩托車前減震器的設(shè)計(jì)
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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1 緒論
世界上第一個(gè)有記載、比較簡(jiǎn)單的減震器是1897年由兩個(gè)姓吉明的人發(fā)明的。他們把橡膠塊與葉片彈簧的端部相連,當(dāng)懸架被完全壓縮時(shí),橡膠減震塊就碰到連接在汽車大梁上的一個(gè)螺栓,產(chǎn)生止動(dòng)。這種減震器在很多現(xiàn)代汽車懸架上仍有使用,但其減震效果很小。
機(jī)動(dòng)腳踏兩用車實(shí)際上是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)與自行車技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它開辟了摩托車的實(shí)用時(shí)代。隨著摩托車的快速和適應(yīng)野外行駛的需要,必須提高車輛對(duì)路面的緩沖能力。早在1899年,貝勞摩托車上開始用了彈性后懸掛裝置,后來比利時(shí)型摩托車采用了前輪彈性懸掛,以及英吉安C摩托車采用的前、后輪彈性懸掛均可算作早期摩托車懸掛裝置的杰出代表。
特別是二輪摩托車在操作性、穩(wěn)定性、舒適性方面,與懸掛裝置有著重要的關(guān)系。1990年就開始在前輪采用金屬?gòu)椈蓮埩Φ碾p向、平行連接裝置,30年代便發(fā)明了利用管內(nèi)粘性機(jī)油的液壓減震器。1995年后前輪懸掛裝置就采用了伸縮管式和底部杠桿式兩類前叉。在伸縮筒式前叉、望遠(yuǎn)鏡式的二個(gè)筒內(nèi)由于有螺旋彈簧和油缸,加工精度要求高,生產(chǎn)效率很低,阻礙了發(fā)展和應(yīng)用。1960年二輪摩托車的大批量生產(chǎn),底部杠桿式前叉處于全盛時(shí)期,該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。后來伸縮筒式前叉又重新上市,用于當(dāng)時(shí)盛行一時(shí)的兩輪賽車上,伸縮筒式前叉優(yōu)秀的行駛性能方被充分證明。因此,大批量生產(chǎn)的摩托車也競(jìng)相采用伸縮筒式前叉,而且由于加工技術(shù)的提高,伸縮筒式生產(chǎn)精度也得到了保證。所以,至今為止,各種型式的兩輪摩托車都采用伸縮筒式前叉。
1910年開始對(duì)后輪懸掛裝置的要求也迫切了,由于全鏈條傳遞驅(qū)動(dòng)力,后輪必須采用長(zhǎng)距離的固定方式。所以車體的緩沖僅只在坐墊下面安裝有一金屬?gòu)椈伞?950年才開始有正式的后懸掛裝置。最初稱為滑栓式,并嘗試采用搖臂式。50年代后半期才確立了搖臂式后懸掛裝置,即是現(xiàn)代兩輪摩托車的后懸掛裝置的基礎(chǔ)。
同樣,為了提高行駛穩(wěn)定性、乘坐舒適性,后輪行程逐年增大,減震器組件行程在結(jié)構(gòu)上受到了限制。因此前傾后減震器、后減震器組件安裝位置前移等,用以增大杠桿比的方法增大后掄幸臣。進(jìn)入70年代又開發(fā)了裝有單減震器的單減震系統(tǒng),特別是1973年開始用與越野車之后,公路賽車,大型運(yùn)動(dòng)車均很快地采用了這種單減震器后懸掛系統(tǒng)。
兩輪摩托車,其發(fā)動(dòng)機(jī)排量從50的家用車到1500的大型旅游車。對(duì)懸掛裝置,根據(jù)不同排量、不同用途的車輛的要求,其設(shè)計(jì)的方法各有不同,但又存在有共同之處,即最近的懸掛裝置將行駛穩(wěn)定性、操終性、舒適性都放在主要位置上。
大部分兩輪車還是采用液壓式伸縮式前叉,除了要求完全吸收較大的沖擊,提高結(jié)構(gòu)剛度外,最后采用經(jīng)四氟乙烯(teflon)處理的金屬套筒用作滑動(dòng)表面,大大的減小了伸縮筒運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦。
兩輪車增大車輪行程就具有良好的舒適性,最近前叉行程增大為140~180mm,越野車可達(dá)300mm左右,且具有降低彈簧剛度、阻尼力的傾向,向提高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。當(dāng)然在不斷增大車輪運(yùn)動(dòng)行程,兩輪車在一人或二人乘坐的不同載荷條件下,車體下沉量是不同的。特別是制動(dòng)時(shí)由于重心前移,車體姿勢(shì)變化更大。采用空氣調(diào)節(jié)式的油氣懸掛裝置或抗“點(diǎn)頭”裝置的懸掛裝置,可以有效地防止緊急制動(dòng)時(shí)的車體前傾變化。
自從20世紀(jì)60年代開始,幾乎每年都有幾十項(xiàng)減震器專利出現(xiàn),表1是《汽車文摘》摘錄的汽車懸架減震器專利技術(shù)的統(tǒng)計(jì),其中在美國(guó)申請(qǐng)的專利技術(shù)尤為多,且專利申請(qǐng)人大多是日本的公司和個(gè)人。國(guó)內(nèi)外減震器產(chǎn)品在許多方面存在著較大的差距:(1)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能方面(減震器的可拆性與速度特性間的差距);(2)制造技術(shù)與工藝設(shè)備方面(原材料、減震油、橡膠制品、連桿制造工藝、沖壓工藝、粉末冶金制造工藝、貯油筒制造工藝等方面的差距);(3)測(cè)試手段方面;(4)總成裝配方面,此外,由于轎車減震器是作為一個(gè)不可拆元件整體出廠銷售的,一旦其中某個(gè)小零件發(fā)生失效,整個(gè)減震器也就報(bào)廢了,因而減震器技術(shù)的發(fā)展和研究應(yīng)該成為我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展和水平提高的一個(gè)重要課題。
我國(guó)自1957年7月洪都機(jī)械廠成功地仿制M72型邊三輪摩托車,揭開了我
國(guó)生產(chǎn)摩托車的歷史以來,到1978年摩托車生產(chǎn)量為1.2萬輛。改革開放以來,
我國(guó)摩托車生產(chǎn)量得到了飛速增長(zhǎng),品種不斷增多。目前在我國(guó)已形成了自己摩
托車工業(yè)生產(chǎn)體系,到1995年的生產(chǎn)量超過700萬輛,已成為世界上第一摩托車生產(chǎn)國(guó)。與摩托車生產(chǎn)相適應(yīng)的減震器產(chǎn)量已達(dá)1500萬支,能生產(chǎn)9大系列50余種型號(hào),基本滿足了我國(guó)摩托車生產(chǎn)的發(fā)展需要,部分產(chǎn)品已達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品水平,為我國(guó)摩托車工業(yè)的技術(shù)水平提高和發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案
研究?jī)?nèi)容:
(1)減震器整體方案分析與設(shè)計(jì)
(2) 摩托車減震器系統(tǒng)的彈簧特性
①摩托車懸掛裝置的撓度
②摩托車懸掛裝置的理想彈簧特性
③摩托車懸掛裝特性置的實(shí)際彈簧
(3) 彈簧的材料及工藝
①?gòu)椈刹牧系倪x用
②彈簧的制造工藝
(4) 減震器的速度特性及阻尼力
①節(jié)流閥的壓力特性
②減震器的速度特性
③減震器阻尼力產(chǎn)生原理
實(shí)驗(yàn)方案:
前減震器有很多種,常見的有彈簧空氣阻尼式前叉、彈簧液力阻尼式減震器、油—?dú)馍炜s式減震器等。
其中彈簧空氣阻尼式前叉雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低,但是它是以活塞管之間的間隙為空氣阻尼的雙向用途減震器,所以起減震效果不及其他結(jié)構(gòu)的理想。然而油—?dú)馍炜s式減震器的減震效果都很佳,甚至達(dá)到理想的減震效果,增加了舒適性和安全性。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)昂貴,大都用在大型或高級(jí)二輪車上,如雅馬哈XJ750型、XJ750EⅡ,鈴木GS750型賽車等。
而彈簧液力阻尼式減震器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低,而且減震效果好,所以我將采用彈簧液力阻尼式前減震器作為我的實(shí)驗(yàn)方案。
2.2工作原理
彈簧液力阻尼式減震器是摩托車目前使用最為普遍的減震器。其工作原理簡(jiǎn)要介紹如下。
液壓阻尼式減震器的結(jié)構(gòu)與吸入式泵基本相似,不同之處只是液壓減震器的缸體上端是封閉的,且在閥門上留有小孔(如圖2-1所示)
圖2-1液力阻尼式減震器工作原理
當(dāng)摩托車前輪遇到凸起的路面而受到?jīng)_擊時(shí),貯油筒被壓縮,減震彈簧也被壓縮,固定在貯油筒內(nèi)部的減震桿組合也隨之上移,而工作缸不動(dòng),于是工作缸下方的容積縮小,油壓升高,油液便進(jìn)入緩沖彈簧所在的空腔,同時(shí)油液也從減震桿下端的兩個(gè)小孔進(jìn)入減震桿內(nèi)部,這時(shí)油液流動(dòng)阻力較小,減震彈簧起主要減震作用。如果當(dāng)前輪受到較嚴(yán)重沖擊時(shí),減震彈簧被迅速壓縮,為了增加彈簧的剛度,我采用了變節(jié)距的設(shè)計(jì)方案,其彈簧是由兩斷不同節(jié)距的圓柱彈簧組合而成,所以其彈簧特性為兩段直線組成,隨著小節(jié)距彈簧依次被壓并圈,使彈簧的剛度迅速增大,這樣不僅減小了懸掛裝置在動(dòng)繞度終點(diǎn)的沖擊,而且減小摩托車高度隨載荷的變化。
當(dāng)前輪遇到凹下的路面時(shí),由于減震彈簧和車輪等重量作用,貯油筒向下移動(dòng),工作缸下方的容積增大,壓力減小,緩沖彈簧所在的空腔容積縮小,壓力升高,油液從減震桿中部的小孔進(jìn)入減震桿內(nèi)部,同時(shí)油液從減震桿下端的兩個(gè)小孔進(jìn)入工作缸下方的空腔這時(shí)油液流動(dòng)受到很大的阻力,這樣對(duì)減震彈簧回彈起了阻尼作用,從而起了減震作用。
3 摩托車減震器的功能和結(jié)構(gòu)形式
3.1減震器的功能
減震器又稱緩沖器。它的功能是緩和由于路面不平引起的沖擊,衰減摩托車的振動(dòng);提高乘坐舒適性,保護(hù)貨載;減低車體各部分的動(dòng)應(yīng)力,增加零件的壽命;加強(qiáng)輪胎的附著性,有助于摩托車的操縱性、穩(wěn)定性。
減震器的機(jī)能是利用流體通過孔、隙產(chǎn)生的粘性阻力。采用的工作流體有氣體、液體,由于氣體粘度太小故很少采用。通常用液體,其粘度雖隨溫度變化較大,但如果使液體在紊流下工作,作為運(yùn)動(dòng)速度的函數(shù)的阻尼力可以保持穩(wěn)定。
和固體摩擦減震器相比,利用液體紊流阻力的減震器,在一定阻尼力和吸收能量的條件下,質(zhì)量小,尺寸小,并在相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)具有能任意規(guī)定阻尼力對(duì)工作速度的關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)?,F(xiàn)在液力式減震器是摩托車唯一的實(shí)用型的減震器。
3.2摩托車前減震器的結(jié)構(gòu)形式
3.2.1.彈簧空氣式
上部外筒和下聯(lián)板焊接或直接彎成叉形與轉(zhuǎn)向立柱焊接(圖3-1),其內(nèi)部安裝有彈簧及前叉筒。前叉筒通常采用樹脂襯套(封有潤(rùn)滑脂)在外部?jī)?nèi)部滑動(dòng),筒壁間的摩擦產(chǎn)生阻尼力。當(dāng)彈簧壓縮到極限時(shí),其中間的限位橡膠塊也被壓縮,減緩了彈簧進(jìn)一步被壓縮時(shí)的沖擊。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,輕、價(jià)廉、被輕便車廣泛采用。
圖3-1彈簧空氣式前減震器
1-前叉筒;2-彈簧;3-限位塊;4-轉(zhuǎn)向立柱;5-外筒
3.2.2.單筒伸縮式
如圖3-2所示:無縫鋼管的外筒用以固定前軸;內(nèi)筒被上、下聯(lián)板所夾緊,在其下端設(shè)計(jì)有鑄造或燒結(jié)合金的活塞,活塞上部設(shè)計(jì)有閥片。當(dāng)活塞在外筒內(nèi)滑動(dòng)時(shí),油液通過活塞及內(nèi)管上的阻尼孔產(chǎn)生阻尼力。彈簧安裝在內(nèi)筒外側(cè)。當(dāng)內(nèi)筒向下運(yùn)動(dòng)接近外筒底部時(shí),其底部的內(nèi)孔被油孔擋銷插入,對(duì)減震油產(chǎn)生很大的節(jié)流作用。正是這個(gè)節(jié)流阻尼力相當(dāng)于組合式彈簧特性曲線中上升段,吸收了最后的沖擊,防止了內(nèi)筒與外筒底部的剛性碰撞。由于價(jià)格比較便宜,一般為二輪車所用。
圖3-2單筒伸縮式前減震器
1-彈簧;2-內(nèi)筒;3-外筒; 圖3-3雙筒伸縮式前減震器
4-活塞;5-檔銷 1-活塞桿(芯管);2-襯套;
3-外筒;4-活塞;5-內(nèi)管
3.2.3. 雙筒伸縮式
如圖3-3所示: 剛制內(nèi)筒在外筒中滑動(dòng),內(nèi)筒下端的內(nèi)側(cè)裝有襯套,在襯套內(nèi)側(cè)裝有固定于外筒底部的活塞桿和活塞,在活塞桿管壁上設(shè)計(jì)有阻尼孔和活塞一起產(chǎn)生的阻尼力。一般外筒采用鋁合金。由于彈簧安裝在內(nèi)側(cè)(下端以活塞為支承),外觀就顯得輕便,因此大多用于大型二輪車。
3.2.4. 油—汽伸縮式
其結(jié)構(gòu)(圖3-4)與雙筒伸縮式前減震器相同,在內(nèi)部上部設(shè)計(jì)有密封的氣室,采用了具有不同耐壓形式的油封。由非常柔軟的金屬?gòu)椈珊涂諝鈮毫π纬傻慕M合彈簧,使減震器具有非常優(yōu)良的彈簧特性。左、右前叉內(nèi)筒的氣室是連通的,使左右空氣壓力相等,以達(dá)到調(diào)節(jié)左、右叉阻尼力的目的。轉(zhuǎn)動(dòng)外筒下側(cè)的手柄油缸內(nèi)設(shè)計(jì)有旋轉(zhuǎn)閥桿轉(zhuǎn)動(dòng),即改變油缸的阻尼孔徑,以達(dá)到調(diào)整阻尼力。另外在內(nèi)筒上端設(shè)有彈簧調(diào)節(jié)裝置,即可根據(jù)彈簧的初期負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整其預(yù)壓縮量。因此,此前減震器具有多種調(diào)節(jié)功能,可得到更完美的性能。但由于價(jià)格昂貴,常用于大型或高級(jí)二輪車。
圖3-4 油—汽伸縮式前減震器
1- 氣室;2-內(nèi)筒;3-外筒;4-制動(dòng)器;5-旋轉(zhuǎn)閥桿;6-釋放閥
3.2.5. 防下沉伸縮式前減震器
最近采用柔軟彈簧的二輪車,隨著制動(dòng)能力的提高,在緊急制動(dòng)或轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí),車體前部會(huì)嚴(yán)重下降產(chǎn)生前減震器下沉現(xiàn)象。防下沉式前減震器即在外筒下部裝有師釋放閥,在機(jī)械或電磁操縱下,釋放閥可改變回油路徑,按照制動(dòng)力的增大比例來增大前減震器壓縮時(shí)的阻尼力,即能有效的防止下沉現(xiàn)象。圖3-4是防下沉伸縮式前減震器的一例。
4 摩托車減震器的主要特性
4.1摩托車減震器的彈簧特性
4.1.1摩托車懸掛裝置的撓度
(1)靜撓度: (mm) (4-1)
圖4-1懸掛及減震系統(tǒng)
稱為在質(zhì)量G(簧上載荷)作用下彈性元件的靜撓度,如圖4-1各種不同用途的摩托車,對(duì)其靜撓度要求也各不相同(表4-1),其中越野車要求最大。公路車次之,通用車較小。
表4-1
前、后懸掛裝置的靜撓度匹配,對(duì)摩托車行駛舒適性關(guān)系極大,一般要求前懸掛靜撓度大于后懸掛靜撓度,以減少縱向角振動(dòng)。
(2)動(dòng)撓度:
懸掛裝置的動(dòng)撓度是指摩托車在不平路面上行駛時(shí),懸掛裝置在其動(dòng)載荷作用下的變形量。
動(dòng)撓度通常按其響應(yīng)的靜撓度值的一定比例來選?。?
通用車:=(0.5~0.7) (4-2a)
公路車:=(0.5~0.7) (4-2b)
越野車:=(0.5~0.7) (4-2c)
4.1.2摩托車懸掛裝置的理想彈簧特性
摩托車的彈性元件幾乎只采用剛質(zhì)螺旋彈簧最簡(jiǎn)單的螺旋彈簧是截面圓柱形的具有“線形”(剛度不變)的螺旋彈簧,如圖4-2所示。
P(N)
圖4-2彈性元件的特性 f(mm)
然而,摩托車在行駛過程中則要求彈性元件是變剛度的,而且剛度隨負(fù)荷增加是遞增的,以便在不同的負(fù)荷下,使摩托車的車身的固有頻率接近恒定。
因此,為了獲得摩托車的最佳舒適性,摩托車減震器緩沖彈簧應(yīng)具有的理想彈性特性是(如圖4-3所示):
(1)彈簧剛度不應(yīng)是常數(shù),彈性元件應(yīng)是變剛度的。在壓縮時(shí)剛度逐漸增大,復(fù)原時(shí)剛度也應(yīng)逐漸增大,具有漸進(jìn)式彈性特性。這樣不僅可減少在動(dòng)撓度終點(diǎn)時(shí)的沖擊,而且還可減少摩托車車身高度隨載荷的變化;
(2)從設(shè)計(jì)位置(靜撓度)起,在相當(dāng)于60%的動(dòng)撓度的壓縮和伸張的變形范圍內(nèi),其剛度應(yīng)為常數(shù),或者變化不大于20%,以保證摩托車在平坦路面上行駛的舒適性;
(3)當(dāng)超過60%的動(dòng)撓度范圍后,由于彈簧剛度是遞增的,即當(dāng)載荷增加時(shí),彈簧的附加靜態(tài)壓縮是盡量小,以適應(yīng)摩托車載荷變化較大的特點(diǎn),一般最大動(dòng)撓度處的容許載荷可達(dá)靜載荷的3~4倍;
(4)在靜載荷為半載的情況下,要求靜撓度保持不變。因此,應(yīng)合理地選擇好靜撓度附近的懸掛剛度,以保證摩托車經(jīng)常在靜撓度附近工作時(shí)的小幅度振動(dòng)。
圖4-3理想的彈簧特性
各種車輛根據(jù)其使用目的則要求的彈性特性各有不同。
以乘坐舒適性為目的的車輛,彈簧應(yīng)調(diào)節(jié)得柔軟一些,以滿足反映快,即使是在不平路面上也應(yīng)具有良好的舒適性。
以行駛安全性為目的的車輛(公路賽車)彈簧剛度大,其剛度應(yīng)隨載荷而遞增,以至于在受到很大沖擊時(shí),可避免因彈簧伸縮量過大,導(dǎo)致車輪離地,影響其加速性和附著性能(特別是傾向附著性能),以保證行駛的安全性和穩(wěn)定性。即使是高級(jí)賽車,一般將彈簧剛度調(diào)得很“硬“,當(dāng)其在不平路面上行駛時(shí),甚至在制動(dòng)力緩慢增加的情況下,前輪也會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的抱死現(xiàn)象,必須裝備“防抱”裝置。
4.2摩托車減震彈簧的材料及工藝
4.2.1彈簧材料的種類
(1)碳素彈簧鋼:碳素彈簧鋼是制造彈簧的主要鋼種。根據(jù)GB4357-84標(biāo)準(zhǔn)碳素彈簧鋼有65、70、75和85等,其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。鋼的純度和熱扎表面質(zhì)量不比合金彈簧鋼差,由于淬透性差所以適用于中小型摩托車。本次設(shè)計(jì)也將采用此類鋼種。
(2)合金彈簧鋼:在合金彈簧鋼中常加入合金元素錳、硅、鉻、釩等,主要用于提高淬透性,強(qiáng)化固溶體,細(xì)化晶體,改善其機(jī)械性能,提高屈強(qiáng)比()。
按GB5218-85標(biāo)準(zhǔn),合金彈簧鋼有50CrVA、65Mn、55Si2Mn、60Si2MnA等。硅錳彈簧鋼,將硅、錳同時(shí)加入鋼中,不僅能明顯地提高鋼的淬透性,而且經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后,屈強(qiáng)比可提高85%以上,彈性極限也大大提高。同時(shí),硅能增加彈簧鋼的低溫回火穩(wěn)定性,還提高鋼的抗氧化性。
4.2.2彈簧制造工藝
(1)冷卷成形工藝:
有芯軸卷簧工藝,在彈簧的卷制過程中,若卷制力越大,卷繞后反向轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越高,轉(zhuǎn)數(shù)越多,則回彈量就越大。在實(shí)際生產(chǎn)中,確定回彈量的實(shí)質(zhì)就是確定卷簧芯軸的直徑。
(2)自動(dòng)卷簧工藝:
圖(4-4)是自動(dòng)卷簧機(jī)工作原理示意圖。金屬絲從材料架上引出后,首先經(jīng)校直機(jī)構(gòu)1、輥輪2,再經(jīng)導(dǎo)向板3進(jìn)入卷繞機(jī)構(gòu)。卷繞機(jī)構(gòu)由卷繞桿4、芯軸5和節(jié)距爪6組成。金屬絲進(jìn)入卷繞機(jī)構(gòu)后,被卷繞桿4頂住,然后沿兩個(gè)一般互成60°角的卷繞桿圍繞芯軸5做螺旋圓周運(yùn)轉(zhuǎn),彎曲卷繞成螺旋形彈簧圈。彈簧節(jié)距的大小是由節(jié)距爪6控制的,它可以沿軸向運(yùn)動(dòng),按照所設(shè)計(jì)的彈簧節(jié)距的尺寸調(diào)整位置。
控制凸輪軸,每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈卷制一跟彈簧,卷制后的彈簧端部須磨平,磨平部分不少于圓周長(zhǎng)的3/4,端頭厚度不小于簧絲直徑的1/4,并保證兩端面有良好的平面度和與軸線的垂直度。
圖4-4 自動(dòng)卷簧機(jī)工作原理
1- 校直機(jī)構(gòu);2-送料輥輪;3-導(dǎo)向板;4-卷繞桿;
5-芯軸;6-節(jié)距爪;7-切刀
4.3摩托車減震器的阻尼特性
摩托車減震器的阻尼特性包括摩托車減震器的阻力—速度特性和阻力—位移特性。
4.3.1阻力——速度特性
減震器阻尼力隨活塞速度的變化規(guī)律稱為減震器的阻力—速度特性,用下式表示:
(N) (4-3)
式中:——阻尼系數(shù);
——減震活塞的速度,m/s;
——活塞上阻尼空的特性指數(shù)。
值的大小是隨阻尼孔的大小、形狀及單向閥的形狀、剛度不同而變化的。當(dāng)阻尼孔足夠大時(shí),可取=2;要使減震器的阻力隨所受外力成正比例的變化,則取=0.6~1.0。
摩托車減震器的阻力——速度特性常見的有三種形式(圖4-5),分別為二次方型(=2)、比例型(=1)、飽和型(=2/3)。其中二次方型,在活塞速度低時(shí)的阻力小,速度高時(shí)的阻力大,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,廣泛用于后減震器,舒適性比較好。對(duì)于高速高性能車輛常采用的比例型和飽和型,在較寬的振動(dòng)頻率范圍內(nèi),減震器都具有足夠的阻力來抑制車輪產(chǎn)生的大的跳動(dòng),能保持輪胎和地面見的良好接觸,因而有利于摩托車行駛穩(wěn)定性。
圖4-5三種阻尼特性
一般設(shè)計(jì)中常用比例型進(jìn)行計(jì)算。為了使摩托車獲得較好的穩(wěn)定性,行程中基本相等,或復(fù)原行程略大于壓縮行程;后減震器的阻力復(fù)原行程卻比壓縮行程大得多,見表4-2。而且不同用途的車輛也互相不相同,一般越野車、賽車要求大,通用車要求小。
表4-2
前減震器
后減震器
通用車
公路車
越野車
通用車
公路車
越野車
(N)
復(fù)原
50~100
120~300
10~160
300~600
400~800
500~1000
壓縮
35~70
85~230
70~120
20~50
60~120
100~150
表中為=0.3m/s時(shí)的阻力。
單向作用式液力減震器在受壓縮時(shí),活塞上的單向閥完全打開,其優(yōu)夜流動(dòng)通道很大,因此沒有壓縮阻力。
4.3.2阻力——位移特性
減震器作正弦相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),阻力隨其活塞位移的變化規(guī)律,稱為減震器的阻力—位移特性。
圖4-6表示速度特性飽和型的活塞,其阻力在壓縮行程和復(fù)原行程中的變化曲線。封閉曲線所圍成的面積表示減震器吸收外來振動(dòng)所做的功,所以此圖形也稱為減震器的示功圖。
當(dāng)減震器行程一定時(shí),其振動(dòng)頻率增大,最大的阻力隨之增大,則示功圖面積也增大,說明減震器衰減振動(dòng)的能力增大。圖4-4所示的示功圖中,頻率為85Hz的示功圖面積較大,即說明衰減振動(dòng)的能力較大;頻率為60Hz示功圖面積較小,則衰減振動(dòng)的能力也相對(duì)較小。
圖4-6示功圖和速度特性
具有不同速度特性減震器的示功圖的形狀也各不相同,如圖4-7所示。若在減震器行程、振動(dòng)頻率相同的情況下,飽和型十公土面積最大,比例型次之,二次方型最小。
圖4-7不同速度特性的示功圖
a)二次方型 b)比例型 c)飽和型
當(dāng)振動(dòng)頻率一定時(shí),減震器行程增大,其最大衰減力也隨之增大如圖4-8所示 ,同時(shí)示功圖面積也增大。
圖4-8定頻率變行程示功圖
4.4 摩托車減震器的阻尼力
4.4.1復(fù)原行程阻尼力計(jì)算
(1)活塞桿上小孔的流量
(4-4)
式中:——減震器油密度,;
——流量系數(shù),0.60~0.75(常取0.7)
——A、B油腔壓力差,
(2)活塞與缸壁之間縫隙h的流量
(4-5)
式中:——活塞公稱尺寸,m;
——活塞長(zhǎng)度,m ;
——活塞與缸壁之間平均間隙,m;
——活塞與缸壁之間相對(duì)速度,m/s;
——?jiǎng)恿︷ざ?,變壓器油?0.082N/(m·s)
相對(duì)偏心度(設(shè)=0)
——活塞與缸壁之間的偏心量。
(3)流入B腔的油與A腔的容積減少相等,則
阻尼力計(jì)算簡(jiǎn)圖
(4-6)
將上式整理得:
(4-7)
式中:
解方程(4-5)得:
作用在活塞上的阻尼力
在復(fù)原行程中,,所以
則:
(N) (4-8)
4.4.2壓縮行程阻尼力計(jì)算
(1)活塞阻尼孔和縫隙的流量
(4-9)
式中:n—活塞阻尼孔數(shù);
—閥片與活塞端面間隙,m。
—阻尼孔的長(zhǎng)度,m。
—阻尼孔中心到閥片邊緣的距離,m。
(2)活塞桿小孔的流量
(4-10)
(3)活塞與缸壁縫隙h的流量
(4-11)
(4)B腔流入A腔的流量等于A腔內(nèi)增加的容積,所以
(4-12)
將上式代入(4-10)式,得壓縮阻力
(4-13)
式中:
其它符號(hào)同前。
4.4.3減震器額定阻力
額定阻力系指減震器在規(guī)定的試驗(yàn)速度時(shí)所產(chǎn)生的阻力值,通常規(guī)定試驗(yàn)速度為0.3m/s和0.5m/s。
減震器的額定阻力分為復(fù)原阻力和壓縮阻力,它是減震器最重要的性能指標(biāo),其大小范圍見下表
壓縮阻力可取復(fù)原阻力的0.1~0.4倍,其最大值不超過表4-3中的值。
表4-3 減震器額定阻力(N)
工作缸徑D
復(fù)原阻力p
壓縮阻力
工作行程s
16
85~480
25~100
43~70
20
364~590
80~120
64~85
22
480~680
100~150
72~93
25
700~1200
130~250
90~100
4.4.4示功圖
QC/T63—93摩托車減震器試驗(yàn)方法規(guī)定采用正弦(或余弦)激振方式,進(jìn)行減震器示功試驗(yàn),則活塞與缸筒之間的相對(duì)位移也按正弦規(guī)律變化:
(4-14)
式中:——活塞最大位移,m;
——活塞振動(dòng)的角頻率,rad/s,
r——試驗(yàn)臺(tái)激振頻率,r/min。
活塞與缸壁之間的相對(duì)速度為:
所以:
(m/s) (4-15)
聯(lián)立: (4-16)
取不同的t值,得出一系列的s和p值,在位移——阻力坐標(biāo)系中即可繪出理論示功圖,圖4-9所示為CY80前減震器示功圖
圖4-9 CY80前減震器示功圖
1—理論示功圖;2—實(shí)測(cè)示功圖
5 摩托車減震器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1摩托車減震器的主要零件結(jié)構(gòu)參數(shù)
航空航天工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HBm82-89(簡(jiǎn)稱航標(biāo),后同)《摩托車筒式液壓減震器》對(duì)摩托車減震器的主要參數(shù),技術(shù)要求作了明確的規(guī)定。
5.1.1工作缸徑D的確定
根據(jù)減震器的最大卸荷力和缸筒內(nèi)最大壓力強(qiáng)度來計(jì)算工作缸筒的直徑:
D= (mm) (5-1)
式中:p—復(fù)原行程最大阻力,N;
[p]—工作缸筒內(nèi)最大允許壓力,Mpa,一般取[p]=(0.3~0.6)Mpa;
—活塞桿直徑與工作缸筒內(nèi)徑之比;
雙筒式,=0.4~0.5;
單筒式, =0.30~0.35.
在根據(jù)工作缸筒直徑系列(表5-1)進(jìn)行圓整。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了摩托車減震器工作缸筒直徑系列為16、20、22、25mm,一般根據(jù)摩托車的排量大小來選定(表5-1)。
表5-1 摩托車減震器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)(mm)
公稱尺寸
工作缸直徑D
貯油筒外徑D
基準(zhǔn)長(zhǎng)度L
16
16
24
160
20
20
32
170
22
22
36
180
25
25
40
195
5.1.2貯油筒直徑D的確定
貯油筒直徑D=(1.38~1.45)D,壁厚4.0~7.0mm,貯油筒最大外徑D=(1.5~1.6)D,貯油筒外徑系列為24、32、36、40mm,當(dāng)然也有可能小于或大于系列值。貯油筒作用主要是貯存介質(zhì)油,除補(bǔ)償由于缸內(nèi)容積變化產(chǎn)生的外滲漏油外,還容納因溫升而保證產(chǎn)品主要指標(biāo)的前提下,貯油筒外徑應(yīng)稍大一些,對(duì)減震器貯油、散熱、改善吸震能力都是有益的。
5.1.3減震器基長(zhǎng)L的確定
減震器的基長(zhǎng)較長(zhǎng),給摩托車設(shè)計(jì)總布置帶來一定程度的不便,但是基長(zhǎng)太短,必然會(huì)使部件過分簡(jiǎn)化而影響減震器的性能。減震器基長(zhǎng)為設(shè)計(jì)尺寸,它是減震器在壓縮到底時(shí),二端吊環(huán)的中心距L與行程s的差值,即:
L = L - S (mm) (5-2)
則減震器拉伸到最大長(zhǎng)度為:
L = L + s (mm) (5-3)
還規(guī)定壓縮到底長(zhǎng)度L的允差為+3 mm,最大拉伸長(zhǎng)度L允差也為正值。
5.1.4工作行程S
摩托車減震器和彈簧組合為一體,行程為40~110mm,由于還有懸掛裝置杠桿比的因素,減震器行程甚至更小些。
表5-2 工作缸筒徑系及行程選定(mm)
前減震器
發(fā)動(dòng)機(jī)排量(cm)
通用車
越野車
工作行程
缸 徑
工作缸徑
缸 徑
50~90
70~90
22
200~230
26
100~125
90~100
Φ26
230~250
30
250~500
100~120
30
39
250~280
Φ43
600~750
100~120
270~290
800~1000
120~140
280~300
根據(jù)給定的已知條件工作行程S=50±1mm和發(fā)動(dòng)機(jī)排量為125cm,以及上面所描述的選擇方法,在通過對(duì)照以上表5-1和表5-2確定:取工作缸徑D=22mm,則取貯油筒外徑D=40mm,取壁厚7mm,則D=26 mm,基長(zhǎng)L=195mm。
5.2摩托車減震器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.2.1彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
在根據(jù)普通圓柱螺旋彈簧尺寸系列(摘自GB/T1385—1993)(部分)
表5-3
彈簧絲直徑d/mm
第一系列
0.45 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2
1.6 2 2.5 3 3.5 4 4.5
第二系列
0.32 0.55 0.65 1.4 1.8 2.2
2.8 3.2 5.5 6.5 7 9
彈簧中徑D/mm
8 8.5 9 9.5 10 12 14 16 18 20 22 25 28 30 32 35 38 40 42 45 48 50 52 55 58
有效圈數(shù)n/圈
壓縮彈簧
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 10 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5
15 16 18 20 22 25 28 30
自由高度H/mm
壓縮彈簧
150 160 170 180 190 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 450 480 500 520 550 580 600
由于彈簧內(nèi)徑D=彈簧中徑D-簧絲直徑d,通過參考同類摩托車型和實(shí)地考察 ,及參照上表5-1和表5-5,確定了以下彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù),如表5-4所示
表5-4
彈簧直徑d(mm)
有效圈數(shù)n
彈簧中徑(密圈)D(mm)
3.5
76
18
其中有效圈數(shù)76圈包括:密圈n=40圈、節(jié)距t=5mm;
稀圈n=36圈、節(jié)距t=8mm。
(1)彈簧自由長(zhǎng)度的計(jì)算:
參照摩托車技術(shù)第2004/05期中彈簧的計(jì)算及根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·單行本·彈簧(簡(jiǎn)稱手冊(cè),后同)的第19頁(yè)表7-2-14中介紹的計(jì)算公式:當(dāng)壓縮彈簧兩端圈磨平并緊,且支承圈為1圈時(shí):
總?cè)?shù)n= n+2=76+2=78
自由高度 H= n t+ n t+1.5d (5-4)
=40×5+36×8+1.5×3.5≈493mm
壓并高度H=(n+1.5)d=(76+1.5)×3.5≈271mm
(2)螺旋伸角:=arctan(t/D) (5-5)
=arctan(5/3.14×18)=5.06°
=arctan(8/3.14×18)=8.06°
(3)簧絲長(zhǎng)度L: 圓柱螺旋彈簧L=Dn/(cos) (5-6)
L=L+L
L=3.14×18×40/(cos5.05)≈2521.8mm
L=3.14×20×36/ (cos8.06)≈2283.4mm
所以L= L+ L≈4805.2mm
(4)計(jì)算彈簧剛度:k=Gd/(8nD) (5-7)
式中:k為錐圈剛度(N/mm)、d為簧絲直徑(mm)、n為工作圈數(shù)、D為彈簧中徑(mm)、G為彈簧材料的剪切彈性模數(shù),取78400MPa。
k=78400×3.5/(8×40×18)=6.3040N/mm
1/ k=0.1586
k=78400×3.5/(8×36×20)=7.0045N/mm
1/ k=0.1428
彈簧的總剛度(合成剛度)1/k1 = 1/ k+1/ k=0.3014 (5-8)
k1 ≈3.3 N/mm
密圈壓并后,余下的剛度就是稀圈的剛度
K2= k≈7 N/mm
密圈壓并時(shí)的最大變形量
f m。max=(t-d)n=(5-3.5)×40=60mm (5-9)
按照彈簧受力變形公式: F=kf (5-10)
則: F3= k f m。max=6.3040×60=378.24 N
此力使稀圈被壓縮長(zhǎng)度= F3/ k≈54 mm (5-11)
拐點(diǎn)變形長(zhǎng)度: f3 = 密圈最大變形量+稀圈在該力的變形量
= 60+54=114mm
工作圖見圖5-1,其繪制過程如下:
1.預(yù)壓長(zhǎng)度H≈460 mm,如果沒有實(shí)物參照,通常取某一規(guī)定范圍值或由自己設(shè)計(jì)的預(yù)壓長(zhǎng)來決定。
F=k (H-H)=3.3×(493-460)≈109 N (5-12)
2.彈簧在拐點(diǎn)處的壓縮高度:
H= H- f=493-114=379mm,F(xiàn)3≈378 N (5-13)
3.彈簧壓縮到極限的長(zhǎng)度 H=340mm;
F=F+ K2(H3- H5) (5-14)
F=378+7×(379-340)=651N
彈簧的極限長(zhǎng)度是彈簧的預(yù)壓長(zhǎng)度減去活塞桿最大行程值,根據(jù)活塞長(zhǎng)度、阻尼筒長(zhǎng)度及減震墊計(jì)算得出。
4.F、F的力值及彈簧壓縮長(zhǎng)度分別取F~F和F~F及其相應(yīng)長(zhǎng)度的中間值。
圖 5-1彈簧工作特性圖
5.校核壓并長(zhǎng)
減震彈簧全壓并長(zhǎng)度:Hb=dn+1.5d≈271 mm;它距離彈簧壓縮極限長(zhǎng)度(340mm)還有69mm,應(yīng)該沒問題。
6.校核扭應(yīng)力(ζ)
ζ=8 FKC/(d2) MPa (5-15)
式中: C為旋繞比,C=D/d=18/3.5 =5.1; (5-16)
K為曲度因子,K=(4C一1)/(4C一4)+0.615/C (5-17)
=1.16+0.11≈1.2968
ζ=8×651×1.2968×5.1/(3.14×3.52 )=890 MPa
許用扭應(yīng)力ζ通常在800 MPa左右(ζ=0.5σb),它隨材料、簧絲直徑和彈簧中徑的不同而異。此處雖然超出,但因減震器不常在極限狀態(tài)下工作,故可以使用。
5.2.2減震彈簧按實(shí)際工作狀態(tài)繪圖的優(yōu)點(diǎn)
1)可對(duì)該支彈簧工作狀態(tài)一目了然。如預(yù)壓力多大、行程多長(zhǎng)、最大壓縮力膨大(影響扭應(yīng)力和永久變形)、剛度k,、 多大及離拐點(diǎn)位置和離壓并長(zhǎng)還有多遠(yuǎn)等。
2)可對(duì)配套廠的信息(如彈簧硬了、軟了、承載力不足等)迅速改進(jìn),以滿足用戶要求。
3)繪圖多了,可對(duì)踏板、彎梁或騎式車的上述各值有一個(gè)由小到大變動(dòng)的概念,各系列車有一定范圍,不管是測(cè)繪還是設(shè)計(jì)都能做到心中有數(shù)。
5.2.3減震器減震桿(活塞+活塞桿)
前減震器減震桿一般將活塞和桿分成兩個(gè)零件加工然后在經(jīng)鉚接成為一個(gè)整體,目前要求活塞和桿制成整體。如圖5-2所示:
圖5-2 前減震器減震桿
其中活塞桿主要承受來至活塞和接頭的壓縮和拉伸載荷,必須具有足夠的強(qiáng)度。
減震器活塞桿直徑d=(0.40~0.55)D,常用6~12mm。直徑過小抗壓(拉)強(qiáng)度較低,則影響減震器的橫向剛度。
活塞桿采用35、40、45、40Cr等冷拉圓鋼制成,硬度為HRC18~35表面鍍鉻,鍍鉻層硬度為HRC30~55。前叉可用45鋼,調(diào)質(zhì)及表面處理。
圖中,前減震器活塞桿設(shè)計(jì)成空心管,在管壁上在接近底部處開用兩個(gè)補(bǔ)償孔,在活塞附近處開有兩阻尼小孔。兩阻尼小孔離活塞越遠(yuǎn),在復(fù)原行程中上腔形成的被壓區(qū)愈大,減震器的行程則愈短。兩阻尼小孔之間設(shè)計(jì)有一定的距離,是為了使油液和排出與補(bǔ)償量能隨載荷的變化而變化,使減震器性能趨于平緩、柔和。兩阻尼小孔位置應(yīng)設(shè)計(jì)在活塞經(jīng)常工作的附近。在壓縮到底時(shí),底部補(bǔ)償孔被活塞關(guān)閉,阻尼力突增。
活塞桿采用雙重流程加工工序,即為落料、車端面倒角、校直、磨外圓、高頻淬火、回火、校直、多道磨外分別車削兩端面(活塞端、吊環(huán)端或螺桿端)、切入磨、精密鍍鉻超精密等。
活塞桿國(guó)外推薦采用精拔、輥軋、無導(dǎo)精磨削及震動(dòng)錘加工,鍍鉻后拋光或超精磨;國(guó)內(nèi)則多采用無心磨,電鍍后拋光或超精磨,也有少數(shù)采用無心磨、輥軋、電鍍后拋光或超精磨等工藝。
活塞桿表面粗糙度應(yīng)為Ra0.05~Ra0.10,目前國(guó)產(chǎn)件為Ra0.2?;钊麠U表面粗糙度對(duì)減震器漏油影響很大,表面尖銳的波峰越深,運(yùn)動(dòng)時(shí),活塞桿穿過油封向外帶出的油量也越多,漏油越嚴(yán)重。如從橫斷面看,油封在工作中其刃口緊緊地抱住活塞桿外表面,其作用面積為:
S= (mm) (5-18)
式中:R—活塞桿公稱尺寸,mm;
Ra—活塞表面粗糙度,mm。
若將兩種不同的粗糙度活塞桿的作用面積進(jìn)行比較可知,若活塞桿表面粗糙度增大一級(jí),則與油封的有交叉磨損面積增大4倍還要多。試驗(yàn)表明,活塞桿表面粗糙度增加一級(jí),減震器耐久試驗(yàn)次數(shù)減少30萬次。
活塞桿的直度一般為0.02mm,且對(duì)于減震器漏油也影響很大,從坯料校直到淬火,回火后校直都是磨前不可缺少的工序。校直點(diǎn)一般為2~4點(diǎn),可采用意大利GALDABINICA5型系列多點(diǎn)(6~8點(diǎn))12t校直機(jī),其校直公差控制在0.02mm以內(nèi)(具有0.03mm的TIR報(bào)警公差系統(tǒng)),無論工件呈“S”形或扭曲狀都能達(dá)到校直要求,前叉的芯管活塞桿磨前的校直公差應(yīng)在0.05mm左右。
活塞應(yīng)具有良好的導(dǎo)向性能,其高度為10~12mm,過小導(dǎo)向性能邊差,過大又增大減震器的總長(zhǎng)度?;钊耐鈴紻常用16~40mm,其外圓柱面應(yīng)具有良好的密封性,而活塞的高度過小會(huì)影響其密封性,外圓柱面與中心孔的同軸度也會(huì)影響密封性能,活塞外圓柱面的粗糙度是密封性能的保證,一般要求不低于Ra0.2m。
一方面要求活塞在缸筒內(nèi)能自由運(yùn)動(dòng),另一方面要求油液不能在其間隙之間流動(dòng),可靠的密封才有一定的阻尼力,因此其配合間隙則是影響減震器工作性能地重要因素,一般其配合間隙應(yīng)在0.05~0.10mm,國(guó)產(chǎn)減震器配合間隙為0.18~0.30mm。以前叉為例,其活塞桿上兩阻尼小孔面積為2.815,若在上述間隙時(shí),其活塞邊隙泄漏面積為2.785~4.63,后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了阻尼孔的面積,導(dǎo)致大量的油液直接泄漏,通過阻尼孔的油液明顯減少,使減震器衰減震動(dòng)的能力大大減弱。
減震器活塞一般采用粉末冶金,如粉末冶金FZ1365(GB2688-81)。
5.2.4活塞環(huán)
活塞環(huán)主要起密封作用,防止油液從高壓腔泄漏到低壓腔(內(nèi)泄),保證活塞的阻尼效果。由于活塞環(huán)靠自身彈力貼緊缸壁密封,所以可使工作缸筒和活塞的加工及配合精度適當(dāng)降低,有利于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn),降低成本;塑料活塞環(huán)線膨脹系數(shù)較大,可微量補(bǔ)償阻尼的溫度衰減率。
活塞環(huán)密封原理是:首先靠自身彈力貼緊在缸筒壁內(nèi)形成第一密封面,密封建立后,油壓增大將環(huán)壓向環(huán)岸形成第二密封面,如圖5-3所示,完全形成高壓腔與低壓腔。此時(shí)高壓油經(jīng)過環(huán)的側(cè)隙進(jìn)入活塞環(huán)的背間隙向外擠壓活塞環(huán),背壓則使活塞環(huán)與缸壁貼合更緊,形成更加可靠的密封。
圖5-3 活塞環(huán)密封原理圖
活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì):
1.活塞環(huán)徑向厚度b
b=(0.25~0.4) (mm) (5-19)
式中:D——工作缸筒內(nèi)直徑,mm
公差一般取0.1~0.2mm。
因?yàn)楣ぷ鞲淄矁?nèi)直徑D=22mm,所以b=(0.25~0.4)=1.17~1.88mm
取b為1.17 mm
2.活塞環(huán)的軸向高度h
h=(1.5~2.5)b =1.755~2.925 (mm) (5-20)
則取h為2.0 mm
公差一般取0.10~0.15mm。
3.活塞環(huán)開口設(shè)計(jì)
活塞環(huán)開口形式一般采用斜開口(圖5-4a),其斜角一般為45°;對(duì)于軸向高度較小的活塞環(huán)開口形式采用直開口(圖5-4b),而對(duì)于軸向高度較大的活塞環(huán)開口形式采用階梯切口(圖5-4c)
a)斜切口; b)直切口; c)階梯切口
圖5-4 活塞環(huán)開口形式
環(huán)開口寬度為:
c=(a+)sinr (mm) (5-21)
式中:a——環(huán)圓周長(zhǎng)線脹量,mm;
a=(t-t)s, (℃) (5-22)
t為連接工作最高使用溫度,取80℃;
t為常溫,取20℃;
為線脹系數(shù),1/℃;
S為環(huán)中徑處的周長(zhǎng),mm;
s=(D-b), (mm) (5-23)
——環(huán)在開口前的外徑比缸徑的增大量,缸徑為16mm,一般取0.2 mm為基礎(chǔ),缸徑每增大1 mm,增加0.05~0.06mm。此設(shè)計(jì)缸內(nèi)徑為22mm,所以取0.5~0.56mm。
表5-5 聚四氟乙烯性能
名稱
單位
指標(biāo)
線膨脹系數(shù)**
(垂直于壓力方向)
1/℃
20~60 ℃? 10.3×10-5
20~100℃? 10.5×10-5
20~150℃? 11.4×10-5
20~200℃? 12.8×10-5
注:為HG2-234-76聚四氟乙烯樹脂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的指標(biāo)值。 ※※按“塑料試驗(yàn)”(國(guó)標(biāo))測(cè)定所得的實(shí)測(cè)值
來源于網(wǎng)址:http://www.sh-ssas.com/trait.htm中的部分表格。。
通過上表5-5可知,這里我們?nèi)?0.5/℃
根據(jù)上面公式計(jì)算:(取斜角為45°時(shí)計(jì)算)
s=(D-b)=3.14×(26-1.17)=77.97mm;
a=(t-t)s=(80-20) ×10.5×77.97≈0.491mm;
c=(a+)sinr=(0.491+0.5)×sin45°=0.70mm
4.活塞環(huán)側(cè)間隙
=H-h>a (mm) (5-24)
式中:H——活塞上環(huán)槽高度,mm;
a——活塞環(huán)軸向高度的線脹量,mm
a=(t-t)h (mm) (5-25)
a=(t-t)h =(80-20)×10.5×2.0=0.0126mm
5.活塞患背間隙
≈0.007D (mm) (5-26)
==-0.17<0
式中:d——活塞上環(huán)槽底直徑,mm。
應(yīng)設(shè)計(jì)成大于0(內(nèi)徑上下倒角為R0.3),否則裝配后迫使開口間隙加大,增大泄漏;同時(shí)增大了與缸壁的貼緊壓力,加快了環(huán)的磨損,干擾阻尼,也喪失了背壓作用。
所以此處的設(shè)計(jì)計(jì)算不符合規(guī)定要求,必須對(duì)活塞尺寸進(jìn)行改進(jìn),對(duì)其原來的活塞上環(huán)槽底直徑d=20mm進(jìn)行修正,將其尺寸縮小到19.65mm, 其修改后的活塞圖如圖5-5 ,再進(jìn)行核算。
==0.005>0 符合
圖5-5 修改后的活塞
活塞環(huán)常用的材料有:尼龍1010,聚四氟乙烯(F)等,這里選用了聚四氟乙烯作為設(shè)計(jì)材料。
塑料活塞環(huán)其填充料應(yīng)混合均勻,工藝應(yīng)保證兩端面應(yīng)與中心線垂直,兩端面平面度小于或等于0.03mm,表面粗糙毒外圓柱面為Ra0.8m、兩端面Ra1.6m,其余Ra3..2m。外觀不應(yīng)有裂紋、縮孔、毛刺、嚴(yán)重折角(外徑上下倒角R0.2)。
5.2.5 貯 油 筒
正立式前減震器的貯油筒(或前叉筒)如圖5-6,主要用于安裝前軸和前擋泥板,制動(dòng)器蓋等,內(nèi)腔固定活塞桿,為工作油缸上下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向,并兼作儲(chǔ)油室。摩托車行駛過程中,前叉筒除了傳遞驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)向力矩之外,還承受有行駛阻力(橫向力)和來至路面的沖擊力。因此,前叉筒應(yīng)具有較高的遷都和剛度,為了減輕質(zhì)量,前叉筒常采用鋁合金壓鑄,內(nèi)孔鍍鉻以提高耐磨性。
前叉筒內(nèi)孔為了給工作油缸導(dǎo)向,其軸線和尺寸、圓柱度、粗糙度等要求都很高,為了提高裝配精度和耐磨性,在內(nèi)孔裝有導(dǎo)向套。其內(nèi)孔與活塞桿、工作缸筒導(dǎo)向套等相關(guān)零件的同軸度、圓柱度的良好配合、將對(duì)減震器的工作性能、漏油產(chǎn)生重要的影響。
為了密封液壓油,在前叉筒孔口安裝有油封,油封一般與孔口有過盈配合,過盈量一般為0.3~0.5mm,油封安裝孔及止口的形位公差,對(duì)油封與前叉套管之間的密封性影響很大。
前叉筒底部、活塞桿固定螺栓孔中心線與內(nèi)孔中心線同軸度、與筒底面垂直度要求也很高,它直接影響到活塞的運(yùn)動(dòng)精度和底部漏油。
前叉筒常采用ZL104鋁合金低壓鑄造,經(jīng)熱處理后機(jī)械性能達(dá)到≥250MPa、=2%~4%、HB=100~120。表5-8為NF125、WY125前叉筒ZL104的化學(xué)成分及機(jī)械性能。
表5-6
Si
Mg
Mn
Cu
Fe
Al
機(jī) 械 性 能
(MPa)
(%)
HB
狀態(tài)
化學(xué)成分(%)
8~10.5
0.3~0.5
0.2~0.6
1.3~1.6
<0.8
余量
≥245
≥2.0
≥100
T5
提高鎂的含量,假如少量的鋼,將硅的含量控制在下限,在合金中形成Mg2Si,CuAl2,可以提高合金的熱處理的強(qiáng)化效果,同時(shí)也提高了機(jī)械性能和加工性能。采用低壓鑄造其粗糙度可達(dá)到。
圖5-6 貯 油 筒
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